鄧淇元, 肖凱龍, 鄢穩(wěn)定, 鄔曉光

(長安大學(xué) 公路學(xué)院, 陜西 西安 710064)

近年來,社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,車流量與行車速度隨之提高,對城市道路橋梁設(shè)計(jì)提出了新的要求.為了適應(yīng)城市交通快速發(fā)展的需要,城市道路不斷拓寬,相應(yīng)橋梁也是如此,裝配式寬橋得到廣泛的應(yīng)用.橫隔板作為裝配式寬橋的重要構(gòu)件,起著使各梁成為整體,共同受力的作用.

人們對裝配式梁橋的橫隔板做了很多研究,但大多是針對T梁,而對裝配式箱梁寬橋的橫隔板研究不足.周少林[1]等對30 m簡支T梁的橫隔板厚度進(jìn)行分析,得出了增加端橫隔梁和中橫隔梁厚度可以減少T梁橋梁底縱向應(yīng)力的結(jié)論;牛艷偉[2]等建立5片T梁的有限元模型,研究橫隔板的設(shè)置對載荷橫向分布的影響;呂玉匣[3]等采用ANSYS對T梁橋的橫隔板數(shù)量進(jìn)行了參數(shù)分析,有限元計(jì)算表明設(shè)置3道橫隔板時(shí)計(jì)算結(jié)果與剛性橫梁法誤差小于5%.而在箱梁方面,趙巧燕[4]對30 m箱梁窄橋的橫隔板設(shè)置進(jìn)行了研究,分析了其對箱梁整體受力的影響.鄔曉光[5]等從改善跨中部位頂板及底板橫向應(yīng)力分布的角度,對連續(xù)剛構(gòu)橋的橫隔板厚度、挖空率等參數(shù)進(jìn)行了研究,給出了參考數(shù)據(jù).肖凱龍[6]等對不同跨徑T梁寬橋的橫隔板布置進(jìn)行研究,給出了布置數(shù)量和位置的建議.

本文建立了40 m跨徑裝配式連續(xù)箱梁寬橋的不同寬跨比模型,通過改變橫隔板厚度、位置和數(shù)量,觀測中梁撓度的變化,從而得出影響橫隔板對箱梁寬橋作用的因素,并總結(jié)出橫隔板的最優(yōu)設(shè)置方式.

1 模型參數(shù)

分別取不同的寬跨比0.75、1.00、1.25、1.50,建立跨徑為20 m、40 m的三跨裝配式連續(xù)箱梁橋模型.每片主梁截面寬3.3 m,橫隔板厚度200 mm.移動載荷以《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》[7]為準(zhǔn),按中載方式布置.有限元模型如圖1、圖2所示,模型單梁截面尺寸如圖3所示,橫隔板位置如圖4和表1所示.

圖1 連續(xù)箱梁寬橋MIDAS模型Fig.1 MIDAS model of continuous wide box girder

圖2 MIDAS 模型橫截面Fig.2 Cross section of MIDAS model

圖3 模型單梁截面尺寸(單位:mm)

圖4 橫隔板位置Fig.4 Diaphragm location

2 橫隔板位置對梁橋載荷橫向分布的影響

由于撓度變化可以近似表征載荷橫向分布,故記錄不同橫隔板厚度下中梁最大撓度變化趨勢,以之作為載荷橫向分布效果的判斷標(biāo)準(zhǔn).

(1) 20 m跨徑連續(xù)寬箱梁.為研究載荷作用下橫隔板位置不同對20 m裝配式連續(xù)箱梁中梁邊中跨跨中撓度的影響,將全橋橫隔板布置情況分為2道、3道、4道和5道4種布置情況建立計(jì)算模型,得到這4種模型的中梁撓度計(jì)算結(jié)果以及變化趨勢,見表2.

表2 橫隔板數(shù)量影響下20 m裝配式連續(xù)箱梁中梁最大撓度

注: 相對差值為前次撓度計(jì)算結(jié)果與本次撓度計(jì)算結(jié)果之差除以本次撓度計(jì)算結(jié)果的商.4道橫隔板與5道橫隔板的相對差值都是相對于3道橫隔板而言的,即它們的前次計(jì)算結(jié)果都是3道橫隔板時(shí)撓度.

由表2可知,設(shè)置3道橫隔板時(shí),與設(shè)置2道橫隔板相比,降低中梁中跨最大撓度的11%～17%,降低中梁邊跨最大撓度的7%～12%,變化較為明顯.當(dāng)繼續(xù)在中橫隔板兩側(cè)設(shè)置橫隔板(即設(shè)置5道橫隔板)時(shí),其撓度值與設(shè)置3道橫隔板時(shí)的撓度值相比,變化并不明顯,相對差值在1%～3%之間.當(dāng)在中跨兩側(cè)約1/4跨徑處設(shè)置橫隔板(即設(shè)置4道橫隔板)時(shí),箱梁撓度值與設(shè)置3道橫隔板時(shí)的撓度相比降低很小,幾乎為零.這表明1/4L與3/4L處橫隔板的作用加起來大致相當(dāng)于跨中橫隔板的作用.可見跨中橫隔板的作用最為關(guān)鍵,在其基礎(chǔ)上增加橫隔板時(shí),作用并不明顯,反而會增大結(jié)構(gòu)自重.故僅跨中橫隔板的設(shè)置便能達(dá)到很好載荷分布,跨徑為20 m的裝配式連續(xù)箱梁推薦設(shè)置3道橫隔板.

(2) 40 m跨徑連續(xù)寬箱梁.為研究載荷作用下橫隔板位置不同對40 m裝配式連續(xù)箱梁中梁邊中跨跨中撓度的影響,將全橋橫隔板布置情況分為2道、3道、4道和5道4種布置情況建立計(jì)算模型,得到這4種模型的中梁撓度計(jì)算結(jié)果以及變化趨勢,見表3.

表3 橫隔板數(shù)量影響下40 m裝配式連續(xù)箱梁中梁最大撓度

注: 相對差值為前次撓度計(jì)算結(jié)果與本次撓度計(jì)算結(jié)果之差除以本次撓度計(jì)算結(jié)果的商.4道橫隔板與5道橫隔板的相對差值都是相對于3道橫隔梁而言的,即它們的前次計(jì)算結(jié)果都是3道橫隔板時(shí)撓度.

由表3可知,設(shè)置3道橫隔板時(shí),與設(shè)置2道橫隔板相比,降低中梁中跨最大撓度的14%～39%,降低中梁邊跨最大撓度的7%～16%,變化較為明顯.當(dāng)繼續(xù)在中橫隔板兩側(cè)設(shè)置橫隔板(即設(shè)置5道橫隔板)時(shí),其撓度值與設(shè)置3道橫隔板時(shí)的撓度值相比,變化并不明顯,相對差值在5%～7%之間.當(dāng)在中跨兩側(cè)約1/4跨徑處設(shè)置橫隔板(即設(shè)置4道橫隔板)時(shí),箱梁撓度值與設(shè)置3道橫隔板時(shí)的撓度相比沒有降低,甚至略有上升,最大上升值為13%.這表明1/4L與3/4L處橫隔板的作用加起來大致相當(dāng)于跨中橫隔板的作用,甚至略有不足.可見跨中橫隔板的作用最為關(guān)鍵,在其基礎(chǔ)上增加橫隔板時(shí),作用并不明顯,反而會增大結(jié)構(gòu)自重.故僅跨中橫隔板的設(shè)置便能達(dá)到很好的載荷分布,跨徑為40 m的裝配式連續(xù)箱梁推薦設(shè)置3道橫隔板.

3 橫隔板厚度對梁橋載荷橫向分布的影響

取不同寬跨比下(0.75、1.00、1.25、1.50)的40 m裝配式連續(xù)箱梁寬橋計(jì)算模型,在上文確定最優(yōu)橫隔板數(shù)量及位置,即設(shè)置3道橫隔板的基礎(chǔ)上,通過改變橫隔板厚度(即改變橫隔板剛度)的方式來研究橫隔板厚度的變化對于其結(jié)構(gòu)受力的影響.根據(jù)橫隔板厚度變化值100、200、300、400及500 mm分為5個計(jì)算模型.同樣是通過撓度來衡量載荷橫向分布.橫隔板橫斷面如圖5所示.

圖5 橫隔板橫斷面示意圖Fig.5 Cross section sketch of diaphragm

從表4可以看出,在不同寬跨比下橫隔板厚度對于結(jié)構(gòu)中梁最大撓度的影響趨于同一種趨勢,即橫隔板厚度從100 mm增大到200 mm時(shí),最大撓度將減小3%～7%.從200 mm再增加橫隔板厚度,對結(jié)構(gòu)最大中梁撓度的影響減小,最大只能減小2%左右.由于橫隔板厚度增加會導(dǎo)致自重變大,故可以認(rèn)為200～300 mm之間即為裝配式連續(xù)箱梁橋最優(yōu)橫隔板厚度范圍.

表4 橫隔板厚度影響下40m裝配式連續(xù)箱梁中梁最大撓度

4 結(jié) 論

(1) 對于跨徑為20、40 m的裝配式連續(xù)寬箱梁橋,只設(shè)置端橫隔板和跨中橫隔板就可以使載荷橫向分布達(dá)到很好的效果.而在中跨兩側(cè)約1/4跨徑處設(shè)置橫隔板來代替中橫隔板的做法會導(dǎo)致?lián)隙燃哟?并不可取.若設(shè)置5道橫隔板,載荷橫向分布效果確實(shí)更好一些,但與設(shè)置3道橫隔板的效果相差不大.

(2) 橫隔板厚度從100 mm增加到200 mm時(shí),裝配式連續(xù)箱梁寬橋的載荷橫向分布效果優(yōu)化較為明顯.若厚度繼續(xù)增加,載荷橫向分布效果變化較小.